RANKL-NF-κB-ADAMTS5信号轴调控颞下颌关节软骨退变的机制研究

Cartilage degeneration is one of the most important pathological characteristics of the temporomandibular joint condylar resorption. The current studies have found that RANKL, secreted by osteoblasts and osteoclasts, can cause the subchondral bone collapse by activating osteoclasts, which results in cartilage degeneration indirectly. Our previous studies have demonstrated that RANKL can play a direct role on chondrocytes and lead to cartilage degeneration. Firstly, higher expression of RANKL was found both in specimens of condylar resorption patients and animal models. Secondly, RANKL can directly induce cartilage tissue and chondrocytes degeneration. Last but not least, RANKL can activated NF-κB signaling pathways in chondrocytes and lead to up-regulation of ADAMTS5, which is a key protein degrading cartilage extracellular matrix. In the current study, we aim to unveil the molecular mechanisms of RANKL- NF-κB-ADAMTS5 pathway in regulating cartilage degeneration. By using the established cartilage RANK knockout mice, we will study the role of RANKL and its downstream pathways in cartilage degeneration both from in vitro and in vivo. Collectively, this study aims to identify a novel therapeutic way for temporomandibular joint cartilage degeneration.

软骨退变是颞下颌关节髁突吸收的重要病理特征。目前研究发现成骨细胞与骨细胞分泌的RANKL通过激活破骨细胞骨吸收功能，致软骨下骨塌陷，间接造成软骨退变。但我们前期研究发现，RANKL可直接作用于软骨细胞并导致其退变：①髁突吸收患者及动物模型中软骨层RANKL高表达；②RANKL可直接诱导软骨组织退变；③RANKL激活软骨细胞内NF-κB信号轴，降解软骨基质。为此我们提出假说：RANKL 可直接结合到软骨细胞表面RANK受体，激活NF-κB通路，直接上调ADAMTS5，降解细胞外基质，导致软骨退变。为验证该假说，本项目将在前期研究基础上，进一步通过分析已构建的软骨特异性RANK基因敲除小鼠（Col2CreERT,RANKf/f）模型，从分子、细胞、组织水平探讨RANKL-NF-κB-ADAMTS5轴在颞下颌关节软骨退变中的作用机制，并以其为干预靶点，为临床诊治颞下颌关节软骨退变提供新思路。

软骨退变是颞下颌关节髁突吸收的重要病理特征。目前研究发现成骨细胞与骨细胞分泌的RANKL通过激活破骨细胞骨吸收功能，导致软骨下骨塌陷，间接造成软骨退变。课题组前期研究发现，RANKL可直接作用于软骨细胞并导致其退变，为此提出假说：RANKL可直接结合到软骨细胞表面RANK受体，激活NF-κB通路，直接上调ADAMTS5，降解细胞外基质，导致软骨退变。为验证该假说，本项目在前期研究基础上，首先从细胞层面进行研究，发现外源性RANKL刺激可以使软骨细胞的RANK表达上调，导致软骨结构紊乱，蛋白多糖丢失，Markin评分升高，与软骨退变相关的MMP9、MMP13和ADAMTS5的表达显著升高，且有浓度依赖性；而软骨标志因子II型胶原和X型胶原的mRNA水平显著下降。RANKL刺激后细胞中总IKB-α的表达随时间表达下降，磷酸化IKB-α开始随时间表达增多，在30min表达达到峰值，随后下降。免疫荧光染色后，激光共聚焦观察到p65在30min时有明显的入核。加入IKB-α特异性抑制剂BAY11-7082后，再次加入RANKL刺激ADAMTS5的表达增量随着抑制剂浓度增加而下降。RANK沉默后，ADAMTS5的上调消失。在此基础上，我们对小鼠膝关节注射了RANKL，从体内层面观察RANKL对软骨的破坏机制。结果显示，关节腔内注射RANKL可以引起骨体积分数下降、Col2a1和Col10a的表达下降及TRAP的表达升高。H&E染色显示软骨层空泡的出现及软骨细胞数目的减少。免疫组织化学染色显示，与软骨标志蛋白Col2a、Col10a的表达下降，而与软骨退化相关的ADAMTS5、MMP9、MMP13表达升高。与此同时，RANKL表达升高，而OPG的表达下降。综上所述， RANKL可以通过NFκB信号通路来上调ADAMTS5的表达，直接导致软骨退行性变。因此，可以以RANKL-NFκB-ADAMTS5信号轴为干预靶点，作为预防和治疗颞下颌关节软骨退变的新途径。